机电控制技术第二章

机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 第 2章 传感与检测技术 2.1 传感器的组成及分类 2.2 传感器的一般特性 2.3 常用传感器及应用 2.4 检测技术 本章重点与难点 高职高专规划教材 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 第 2章 传感与检测技术重点和难点 本章重点： 1传感器的一般特性 2常用传感器的种类 3. 检测技术中测量误差和相对误差的概念 本章难点： 1常用传感器的应用 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.1 传感器的组成及分类 传感器的电路组成框图： 图中虚线框内是把输出的电信号转换成便于处理、 控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.1 传感器的组成及分类 物理量传感器： 力学量传感器 (如力传感器、速度传感器、位移传感器等 ) 光学量传感器 (如图像传感器、红外线传感器等 ) 量传感器 (如温度传感器 ) 电学量传感器 (如电流传感器、电压传感器、电阻传感器 ) 声学量传感器 磁学量传感器 分类 :物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.2传感器的一般特性 1. 线性度： 标定曲线与拟合直线的接近程度称为线性度， 线性度的好坏通常用线性度误差表示。 1 0 0 %yme n e 线性度误差； 标定值偏离拟合直线的最大偏差； Yn 满量程值。 线性度与拟合直线 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.2传感器的一般特性 2. 灵敏度： 当输入信号变化 x后，输出信号稳定后也相 应变化 y，输出变化量与输入变化量的比值称为灵敏度， 用 S表示。 例如： 若差动变压器式位移传感器的输入位移信号变化为 lmm，其 输出电压信号的变化量相应为 2mV，则其灵敏度为 S 2mV mm。 3. 分辨力： 分辨力是指传感器能检出被测信号的最小变化 量。 数字仪表的最后一位所表示的数值一般视作该仪表的分辨力。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.2传感器的一般特性 4. 迟滞： 迟滞是指传感器正向特性和反向特性不一 致的程度。 1为正向特性曲线 2为反向特性曲线 迟滞特性曲线 迟滞越小越好 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3常用传感器及应用 2.3.1力敏传感器 2.3.2光敏传感器 2.3.3磁敏传感器 2.3.4电容传感器 2.3.4电感式传感器 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -弹性敏感元件 变换力的弹性敏感元件 所谓变换力的弹 性敏感元件是指 输入量为力 F， 输出量为应变或 位移 的弹性敏感 元件 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -弹性敏感元件 变换压力的弹性敏感元件 变换压力的弹性敏感元件通常用来测量气体或液体的压力 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -电阻应变式传感器 当电阻丝受到拉伸时，电阻值增大，受压缩时，电阻值减小 金属应变片：把电阻丝夹在薄纸或薄膜中间制成应变片 (亦称应变 计 ) 。 工作中把应变片贴在产生应力变形的被测物表面，以实现应力和 变形的测量。 将应变片黏合在试件或传感器的弹性元件上，然后构成半桥或全 桥电路。当弹性元件 (或试件 )受力后，产生应变，敏感栅的电阻发 生变化，产生正比于力 (或应变 )的电压信号，测定电压就可确定力 (或应变 )的大小。 应变片不仅可对试件进行测量，而且与不同弹性元件结合可制成 力、压力、称重、扭矩、加速度等多种力学量传感器。 电阻应变式传感器占称重 (电子秤 )传感器的绝大多数。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -力敏 Z元件 Z元件 是一种 N区被重掺杂补偿的特种 PN结。该元件的最 大优点就是无需前置放大和 A/D转换器就 可以直接输出开 关信号或频率信号 ，并可与计算机直接通讯。 （ 1）工作原理 当力敏 Z元件受力发生弯曲变形时，内部应力作用于载流 子，电子和空穴上使载流子偏离原来的运动方向。 如果在 P区加力 ，使 Z元件的导电能力减小。如果在 N区加力， 使 Z元件的导电能力增强。 在电路中 Z元件作为 PN 结处于 正向偏置状态，在负载电阻 R上获得输出信号。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -力敏 Z元件 （ 2）伏安特性 M1-高阻区 M2-负阻区 M3-低阻区 Ith -为阈值电流 If为 -导通电流 V th-为阈值电压 V f-为导通电压 若静态工作点设定在 M1 区 ,Z元件处于稳定的高阻状态 ,作为开关元 件在电路中相当于“阻断”。若静态工作点设定在 M3 区 ,Z2元件将 处于稳定的低阻状态 ,作为开关元件在电路中相当于“导通”。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -力敏 Z元件 （ 3）输出电路 Z 元件作为 PN 结处于正向偏置状态 ,在负载电 阻 R 上可得到电压输出。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -典型应用 （ 1）测物体加速度 敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定 在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器 R上自由滑动， 当 系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -典型应用 （ 2）数字压力计 当受到压力时，一对电桥上阻值发生变化，将之通过恒流源时可将压力信 号变化为电压信号。但传感器有非线性，所以每台仪器要根据实际测量数 据，将实际测量数据存入 CPU，将测量信号通过查表程序算得压力值。 数字压力计电路基本结构 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.1力敏传感器 -典型应用 （ 3）力敏 Z元件在触觉传感器中的应用 当机器人手爪抓住物体时，传感器的探头受力，弹性体变形，探 头向下剂压 Z元件，这样探头所受的较大的力就变成较小的力传 递给力敏 Z元件，就实现了机器人触觉的传感。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 第二类：在光的作用下使物体电阻率发生改变的称 内光电效应，又 叫光电导效应 ，基于内光电效应的光电元器件有光敏电阻，以及由光 敏电阻制成的导管等。 第三类：在光电作用下能使物体产生一定方向电动势的称 阻挡层光 电效应 。这类光电元件，主要有光电池和光电晶体管等。 光电效应： 第 类：在光的作用下能使电予逸出物体表面的称 外光电效应 。基 于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等； 光电传感器由光路及电路两大部分组成。光路部分实现被测 信号对光量的控制和调制电路部分完成从光信号到电信号的转 换。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 基本形式： a) 投射式 b) 反射式 c) 辐射式 d) 开关式 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 1）光电倍增管 -结构 主要由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成。阴极由半导体光电材 料锑铯做成，次阴极是在镍或铜 -铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极 可达 30级。通常为 12 14级。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 光电倍增管 -技术参数 型号 光谱相应 范围 倍增极数 最小阴极灵敏度 （ A/lm） 阴极工作电压 （ V） 暗电流（ A） 环境温度 （ ） GDB 525 3000 6500 11 40 900 8 10 9 40 40 GDB 251 3000 6500 13 30 900 6 10 9 50 50 GDB 220 3000 6500 8 40 900 8 10 9 4 50 GDB 410 3000 7500 11 30 1000 1 10 7 80 60 GDB 423 300 8500 11 60 1300 5 10 6 40 40 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 2）光敏电阻 -结构 a) 结构 b) 电极 c) 接线图 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流） 很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻） 急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻 越小越好 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 2）光敏电阻 -技术特性 a) 伏安特性 b) 光照特性 伏安特性是指在一定照度下， 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两 端的电压的关系。 光照特性指光敏电阻的 光电流 I和光照强度之间的关系 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 2）光敏电阻 -技术特性 c) 光谱特性 d) 频率特性 光谱特性指 光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度 。 频率特性指 光敏电阻对应着不同材料的频率特性 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 2）光敏电阻 -技术特性 e) 温度特性 温度特性是指温度变化时，对光敏电阻的光谱响应、灵敏度和 暗电阻的影响。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 3）光敏二极管 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态 。在没有光照射时，反向 电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在 PN结上，光 子打在 PN结附近，使 PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在 PN结处 的内电场作用下作定向运动，形成光电流。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 4）光敏晶体管 -结构 a) 结构 b) 符号 c) 基本电路 当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子 空穴对，光生 电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高， 这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流 为光电流的 倍，所以 光敏晶体管有放大作用 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 4）光敏晶体管 -测量电路 a) 光敏二极管测量电路 b) 光敏三极管测量电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 4）光敏晶体管 -伏安特性 0 . 1 0 0 . 0 8 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 2 I / m A 1 2 0 0 1 x 1 0 0 0 1 x 8 0 0 1 x 6 0 0 1 x 4 0 0 1 x 2 0 0 1 x 0 10 20 30 40 50 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 5 0 0 1 x 4 0 0 1 x 3 0 0 1 x 2 0 0 1 x 1 0 0 1 x I / m A 反向电压/ V 集电极发射极电压/V ( a ) 硅光敏二极管 ( b ) 硅光敏晶体管 a) 硅光敏二极管 b) 硅光敏晶体管 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 5）光电开关 -分体式 当有物体在发射器和接收器中通过时，红外光束被遮 断，接收器接收不到红外线而产生一个电脉冲信号。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 5）光电开关 -一体式光电开关结构 1 发光二极管 2 红外光 3 光敏元件 4槽口 5 被测物 光电发射和接收器做 在体积很小的同一塑 料壳体内。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -结构特性 （ 5）光电开关 -一体式光电开关应用 a) 检测线材断线 b) 印刷机送纸检测 c) 瓶盖检测 d) 防盗门位置检测 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -典型应用 （ 1）光电式数字转速表 光电器件受光照时， 有电信号输出，光电器件 不受光照时，无电信号输 出。 属于这一类的大多是 作继电器和脉冲发生器应 用的光电传感器， 如测量 线位移、线速度、角位移、 角速度 (转速 )的光电脉冲 传感器等等 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.2光敏传感器 -典型应用 （ 2）光电阵列在带材宽度检测中的应用 a) 光敏二极管线阵的应用 b) CCD线阵的应用 1平行光源 2窄缝 3被测板材 4光电线阵 5物镜 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 磁敏传感器 是对磁场参量 (B,H,)敏感的元器件或装置 ,具 有 把磁学物理量转换为电信号 的功能。 质子旋进式磁敏传感器 光泵式磁敏传感器 SQUID（超导量子干涉器） 磁通门式磁敏传感器 半导体磁敏传感器（霍尔器件、磁敏二 极管、磁敏三极管、磁敏电阻） 机械式磁敏传感器 分类 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 （ 1）霍耳磁敏传感器 -霍尔效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场 的方向上将产生电动势的现象称 霍耳效应 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 （ 1）霍耳磁敏传感器 -结构 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 （ 1）霍耳磁敏传感器 -电路 电路符号 基本电路 I为 控制电流、 VH为 霍耳电势、 V为 控制电压、 R2是输出 电阻、 R1是输入电阻、 R3是霍耳负载电阻、 IH是 霍耳电流。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 2）霍耳开关集成传感器 -原理与特点 利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感 器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形 式输出。 霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火 花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶 劣环境等优点。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 2）霍耳开关集成传感器 -结构 它由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 2）霍耳开关集成传感器 -外形及应用 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 2）霍耳开关集成传感器 -接口电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 2）霍耳开关集成传感器 -工作特性曲线 BOP为工作点“开”的磁感应强 度 BRP为释放点“关”的磁感应强 度 霍耳开关集成传感器的 技术参数 主要有：工作电压 、磁感应 强度、输出截止电压、输出导通电流、工作温度、工作点等。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 3）霍耳线性集成传感器 -单端输出的传感器 SL3501T电路结构 SL3501T输出特性曲线 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 3）霍耳线性集成传感器 -双端输出的传感器 SL3501M电路结构 SL3501M输出特性曲线 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -常见的半导体磁敏传感器 典型应用 霍耳开关集成传感器常用于点火系统、保安系统、转速、 里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的测定与 控制、位置及角度的检测等等。 利用霍耳电势与外加磁通密度成比例的特性，可借 助于固 定元件的控制电流，对磁量以及其他可转换成磁量的电量、 机械量和非电量等进行测量和控制。 应用这类特性制作的器具有磁通计、电流计、磁读头、位 移计、速度计、振动计、罗盘、转速计、无触点开关等。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -磁敏电阻 磁敏电阻 也称 MR元件，是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件 主要特性 : 磁场 电阻特性 灵敏度特性 :在一定磁场强度下的电阻变化率 ,即磁场 电 阻特性的斜率 。 随着磁场的 增加，电阻值 减少，并且在 磁通密度达数 十到数百高斯 即饱和 。 a) 电阻 磁场特性 b) 磁场输出特性 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.3磁敏传感器 -磁敏电阻 电阻 温度特性 电阻 温度特性 强磁磁阻元件的电阻 温度特性曲线 常用恒压方式。 3）典型应用 磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏接近开关、 角速度 /角位移传感器、磁场传感器等 。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 电容式传感器 : 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容 量变化的传感器 常见电容式传感器 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -原理特性 （ 1）变极距型电容传感器 平行极板电容 传感器结构 平行极板电容 传感器的特性 差动式变间隙 型电容传感器 电容量 S 极板的遮盖面积，单位为 m2； 极板间介质的介电系数； 两平行极板间的距离，单位为 m； 0 真空的介电常数， 0 =8.854 10-12 F/m； r 极板间介质的相对介电常数，对于空气介质， r 1。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -原理特性 （ 2）变面积型电容传感器 通常有角位移式、直线位移式和圆柱同心式三种 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -原理特性 （ 3）变介电常数型电容传感器 -单组式平板形厚度传感器 ）（ 153 0 321 xx abCCCC 结构示意图 等效电路 a为固定极板长度 b为宽度 为两极板间的距离 x为 被测物的厚度 为 介电常数 电容量 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -原理特性 （ 3）变介电常数型电容传感器 -单组式平板形线位移传感器 结构示意图 等效电路 21 10 dd blC 电容量 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -原理特性 （ 3）变介电常数型电容传感器 -圆筒式液位传感器 /ln 2 /ln 2 12 0 12 0 x x KhA rr h rr hC 电容量 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -信号处理 （ 1）调频电路 主要有振荡电路、限幅电路、鉴频电路和放大输出电路 等几部分组成。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -信号处理 （ 2）运算放大电路 对输入的检测信号常采用反向输入的运放电路， Cx为负反馈电容。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -信号处理 （ 3）二极管双 T型交流电桥 电路结构 合成电流回路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -信号处理 （ 4）脉冲宽度调制电路 电路各点波形分析 脉冲宽度调制 电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -典型应用 （ 1）电容式压力传感器 当被测压力或压力 差作用于膜片并使之产生 位移时 , 形成的两个电容 器的电容量 , 一个增大 , 一 个减小。该电容值的变化 经测量电路转换成与压力 或压力差相对应的电流或 电压的变化。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -典型应用 （ 2）电容式加速度传感器 电容式加速度传感器的 主要特点 是频率响应快和量程范围大 , 大多采用空气或其它气体作阻尼物质。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.4电容传感器 -典型应用 （ 3）电容式厚度传感器 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 电感式传感器 是通过位移、振动、压力等被测量的变化， 利用磁场作为媒介或铁磁体的某些现象使线圈自感或互感发生变 化，其 主要特征是具有线圈绕组 。 分类 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -结构原理 （ 1）可变磁阻式 基本类型有单线圈变气隙型和差动变气隙型两种 差动变压器式传感器基本结构形式和等效电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -结构原理 全波电压输出 半波电压输出 全波电流输出 半波电流输出 差动 变压 器测 量转 换电 路常 采用 差动 整流 电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -典型应用 （ 1）轴向电感测微仪 1 测端 2 密封套 3 测杆 4 钢球导轨 5 防转销 6 测力弹簧 7 线圈 8 衔铁 9 固定磁筒 10 引线电缆 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -典型应用 GDH型电感测微仪电路 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -典型应用 （ 2）电感式圆度计 1 被测物 2 耐磨测量端 3 电感测头 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2.3.5电感式传感器 -典型应用 （ 3）滚柱直径分选装置 1 被测滚柱 2 电磁挡板 3 电感测端 4 电感传感器 5 电磁翻板 6 容器 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量方法 （ 1）偏差式测量 测量过程中，直接以仪表的偏移量来表示被测量大小的测量 方式称偏差式测量。如用弹簧称物体质量等 。 （ 2）零位式测量 在测量过程中，被测量作用于仪表的比较装置，并被比较装 置中的标准量抵消，当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值 决定被测量的值，如天平测量物体的质量，用电桥测量电阻值等。 （ 3）微差式测量 测量时，被测量作用于仪表的比较装置，被测量的大部分被 比较装置中的标准量所抵消，然后再用类似于偏差式的方法来测 出上述两者比较结果的剩余差值。例如用不平衡式电桥测量电阻 值的方法。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量方法 自动平衡电位差计 1滑线电阻 2电刷 3 指针 4 刻度尺 5 传动机构 6 放大器 7 电机 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量误差 测量误差： 是指被测量值与真值之间的差异。 测量误差的分类： 1）系统误差 2）随机误差 3）疏失误差 系统误差是指在相同的条件下，多次测量同一量时，大小和符号均保持 不变或按一定规律变化的误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差越 小，测量结果越准确。 在相同测试条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号都以不可预知的 方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差。随机误差决定了测量的精密度。 随机误差越小，测量结果的精密度越高。 指在一定的测量条件下，测量值明显偏离实际值所造成的测量误差。由 于粗大误差明显歪曲测量结果，所以应将它剔除。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量误差 测量误差的来源 1）由于仪器的电气或机械结构不完善引起的误差。 2）由于人们对仪器的安装、调节、使用不当等引起的误差。 3）由于测量者的分辨力、疲劳程度、固有习惯等引起的误差。 4）由于依据的理论不严密或计算公式过于简化等而导致的误差。 5）由于受周围温度、压力、湿度、电源波动、电磁场、 光辐射、放射物等影响而产生的环境误差。 减小系统误差的方法是选择更为合理的测量方法、使用精度更高的 测量仪器、引入修正值法；减小随机误差的方法是在相同条件下进行多次 测量取平均值；确认的疏失误差必须及时剔除。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量误差 测量误差的表示方法 1）绝对误差 。测量值 Ax与真值 A0之差，称为绝对误差 A 0AAA X 2）相对误差。 实际相对误差 示值相对误差 满度相对误差 %1 0 0/ AAA %1 0 0/ XX AA 又称引用相对误差 %1 0 0/ mm AA 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量数据处理 （ 1）有效数字 有效数字是指在它的绝对误差不超过末位单位数字的一半 时，在它的左边数字列中，从第一个不为零的数字算起，直到末 位为止（末位可以是零）的全部数字。 1）用有效数字来表示测量结果时，可以从有效数的位数估计出测量的 误差。一般规定误差不超过末位有效数字的一半。 8.00A这一结果的测 量误差为 0.005A。 注意： 2）在测量结果的数字列中，前面的“ 0”不算是有效数字，而末位的 “ 0”才重要。如 0.008只表示一位有效数字。 3）有效数字的位数不能因采用的单位变化而增加或减少。如测量结果 记为 4.7k，若以 为单位，不能记作 4700，应记作 4.7 103，它仍 为两位有效数字。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量数据处理 2）数字舍入规则 大于 5时向前进 1，小于 5时舍去不进位。 当测量结果的有效数字超过指定位数时，多余的位数 应按规定予舍去。 舍入规则： 若恰好等于 5时，采用“奇进偶不进”原则。即 5之 前是奇数舍后进 1， 5之前是偶数后不进位。 机电控制技术 主编 朱照红 第 2章 传感与检测技术 2 4检测技术 -测量数据处理 （ 3）近似运算规则 1）有效数字的加减运算规则 对参加加减运算的各项数字进行修约，使各数修约到比小 数点 后位数最少的那项数字多保留一位小数； 进行加减运算； 对运算结果进行修约，使小数点后的位数与原各项数字中 小数 点后位数最少的那项相同。 2）乘除运算时，有效数字位数的取舍决定于有效数字最少的一 项数字，而与小数点位置无关。 3）乘方或开方运算时保留的有效数字位数，同于原有效数字的 位数。 4）对数运算时，计算结果与其真数有效数字的位数相同。